Автореферат диссертации на соискание ученой степени icon

Автореферат диссертации на соискание ученой степени


Смотрите также:
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. М., 2000...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание учёной степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...
Автореферат диссертации на соискание ученой степени...



страницы:   1   2   3
На правах рукописи


КАРНАУХОВА Галина Александровна


ПРОЦЕССЫ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ

В ВОДОХРАНИЛИЩАХ АНГАРСКОГО КАСКАДА


Специальность 25.00.27– гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Иркутск – 2009


Работа выполнена в Институте земной коры

Сибирского отделения Российской академии наук


Научный консультант: член-корреспондент РАН,

Скляров Евгений Викторович


^ Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Корытный Леонид Маркусович


доктор географических наук

Савкин Валерий Михайлович


доктор географических наук

Бураков Дмитрий Анатольевич


Ведущая организация: Пермский государственный

университет


Защита состоится 13 мая 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.010.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте географии им. В.Б. Сочавы СО РАН по адресу: 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1.

Факс: (3952) 422717; e-mail: postman@irigs.irk.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН


Автореферат разослан _______________________ 2009 г.



У


ченый секретарь диссертационного совета, д.г.н.





Рагулина М.В.


ВВЕДЕНИЕ


Актуальность работы. Создание искусственных водохранилищ в последние десятилетия XX века явилось одним из важнейших факторов преобразования природной среды, хозяйства и условий жизни населения на планете в относительно короткий промежуток времени. В этом отношении особенно показателен пример Восточной Сибири, где создана самая крупная на Земле искусственная водная система – Байкало-Ангаро-Енисейская гидроэнергосистема, ключевую роль в ней играют водохранилища Ангарского каскада.

Водохранилища Ангарского каскада, в которых заключены огромные массы пресной воды, одного из важнейших источников жизни на Земле, включенные в сферу интенсивного хозяйственного использования, испытывают активное влияние антропогенного фактора. На водосборной площади и в прибрежной зоне водохранилищ расположены основные промышленные и сельскохозяйственные предприятия, проживает большая часть населения Иркутской области. Значительная часть продуктов антропогенеза, в том числе и опасных загрязняющих веществ (тяжелые металлы, биогенные вещества), попадает в водохранилища, где основная масса их накапливается в донных отложениях. В результате физические, химические и биологические процессы, происходящие как на водосборе, так и в самих водохранилищах, накладывают отпечаток на ход процессов осадкообразования, состав и свойства донных отложений, определяют геоэкологическое состояние водохранилищ.

Донные отложения, являясь активными накопителями загрязняющих веществ, заключают в себе полную информацию обо всех временных изменениях геоэкологического состояния водохранилищ. Необходимость оценки геоэкологического состояния и прогноза их дальнейшего функционирования в условиях антропогенного воздействия инициируют исследование процессов осадкообразования в искусственных водоемах.

Изучение вопросов миграции и седиментации загрязняющих веществ в водоемах позволяет считать, что донные отложения накапливают всю информацию об антропогенном воздействии на водоем за весь период его существования, поэтому их можно рассматривать как банк информации о состоянии окружающей среды [Hakanson, 1984]. Данные положения дают основание считать изучение процессов осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада, одном из крупнейших в мире каскадов, исключительно актуальным как в теоретическом, так и прикладном плане.

Объектом исследований являются водохранилища Ангарского каскада.

Предметом исследований являются процессы осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада на стадии седиментогенеза

Цель исследований. Цель работы заключается в изучении закономерностей осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада, выявлении особенностей формирования донных отложений и их вещественных характеристик. В ходе исследования для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

  1. Изучить условия и основные факторы осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада. Установить основные источники поступления осадочного материала. Выявить черты сходства и различия в условиях подготовки осадкообразующего материала, его переноса и осаждения в водохранилищах.

  2. Провести типизацию донных отложений в водохранилищах Ангарского каскада на основе результатов изучения гидродинамики, состава донных отложений и пространственной изменчивости этих показателей.

  3. Исследовать особенности формирования вещественного состава донных отложений в водохранилищах Ангарского каскада.

  4. Дать оценку геоэкологического состояния водохранилищ Ангарского каскада по уровню биогенной нагрузки и нагрузки тяжелыми металлами на донные отложения.

Фактический материал и методы исследований. Методологическую основу исследований особенностей процессов осадкообразования в искусственных водоемах подготовили фундаментальные работы Н.М. Страхова, С.Б. Рухина, Л.В. Пустовалова, А.П. Лисицына, Н.В. Логвиненко, С.И. Романовского, И.О. Мурдмаа, В.Н. Холодова, В.М. Широкова, включающие исследование условий седиментации, зависимостей между структурой и составом осадков. Данный подход успешно был применен и реализован автором диссертации на водохранилищах Ангарского каскада. В диссертации с единых позиций проанализирована и обобщена имеющаяся информация о донных отложениях водохранилищ Ангарского каскада.

Методы проведения исследований включали экспедиционные и лабораторно-аналитические работы. Экспедиционные исследования были комплексными и представляли ежегодный мониторинг в период открытой воды по 33 опорным поперечным профилям на р. Ангаре и Братском водохранилище, эпизодические наблюдения – по 4 профилям на Иркутском и по 6 профилям на Усть-Илимском водохранилищах. Для детализации пространственной неоднородности полей концентрации осадочного материала дополнительно к профильному отбору проводился отбор по системе компартментов. Исследования включали отбор проб воды и образцов донных отложений по опорным профилям, промерно-инструментальные наблюдения за процессами абразии в береговой зоне водохранилищ с отбором образцов пород береговых уступов, измерения скорости и направления течений, высоты и периода волн. Дополнительно летом 1991г. производился сбор проб атмосферных выпадений. Отобрано более 3000 проб воды, около 60 проб дождевых и пылевых выпадений. Опробовано более 5000 точек на дне и отобрано более 2700 образцов донных отложений, более 500 образцов с прибрежных отмелей. Взято около 600 образцов пород, слагающих береговые уступы.

Лабораторно-аналитические работы включали определение гранулометрического, минералогического и химического состава образцов донных отложений, пород береговых уступов и проб воды. Гранулометрический состав выполнялся ситовым, пипеточным, комбинированным методами и методом Сабанина. Просмотр под микроскопом частиц алевритовой размерности давал минералогический состав. Глинистые минералы определялись количественным рентгенофазовым анализом на дифрактометре ДРОН-3.0. Определение химического состава включало методы традиционного полного химического анализа, рентгенофлуоресцентный, эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный методы и метод индуктивно связанной плазмы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основе собственных и литературных данных определена роль особых физико-географических условий региона в формировании источников поступления осадкообразующего материала в водохранилища. Установлено, что основное поступление осадкообразующего материала происходит за счет абразии пород береговых уступов водохранилищ.

2. Исследованы особенности процессов осадкообразования и формирования типов донных отложений в водохранилищах Ангарского каскада, связанные как с физико-географическими, так и с техногенными условиями среды осадконакопления.

3. Установлена высокая пространственная неоднородность темпов осадконакопления в водохранилищах Ангарского каскада, где присутствуют участки со сверхбыстрыми скоростями осадконакопления.

4. Определен характер взаимодействия минерального и элементного составов формирующихся донных отложений со структурно-вещественным составом материала питающего источника и гидродинамикой среды осадконакопления. Установлена литолого-геохимическая дифференциации донных отложений водохранилищ Ангарского каскада.

5. Впервые дана оценка геоэкологического состояния водохранилищ Ангарского каскада и интенсивности их загрязнения на основе содержания тяжелых металлов и биогенных веществ в донных отложениях водохранилищ.

Теоретическая и практическая значимость полученных результатов.

Теоретическое значение выполненного исследования заключается в исследовании водохранилищ как современных бассейнов осадконакопления. Такие исследования включают изучение физико-географических условий формирования и структуры донных отложений водохранилищ, исследование процессов как на водосборном бассейне, питающем их осадочным материалом, так и процессов в самих котловинах водохранилищ, т. е. изучается как сам гидрологический объект, так и объекты, окружающие его. Выполненные исследования вносят вклад в понимание закономерностей осадкообразования и формирования структурно-вещественных характеристик донных отложений искусственных водоемов суши.

С практической точки зрения, проведенные исследования позволяют наиболее рационально подойти к оценке геоэкологического состояния водохранилищ Ангарского каскада для выявления масштабов загрязнения и возможных путей снижения антропогенных нагрузок. Материалы диссертанта использованы в Государственных докладах «О состоянии окружающей природной среды Иркутской области в 2000 году», «О состоянии окружающей природной среды Иркутской области в 2001году».

Личный вклад автора. Диссертационная работа является самостоятельным научным трудом, основанным на результатах как личных полевых и лабораторных исследований, так и опубликованных данных других авторов, фондовых материалов ИЗК СО РАН и ИМТУГМС. Фактический материал собран лично автором или при его непосредственном участии во время полевых работ в составе экспедиций и отрядов Института земной коры СО РАН в 1972-2003 годах.

Данная работа выполнялась в соответствии с планами НИР Института земной коры СО РАН, по Российско-канадскому проекту «Управление водными ресурсами в бассейне реки Ангары» (1998-2000 гг.), по научному проекту «Сравнительная геохронология, магматизм и литогенез мезо-кайнозоя Внутренней и Восточной Азии» программы 26.2 СО РАН (2004-2006 гг.), по научному проекту «Эволюция седиментогенеза, биоценозов, магматизма и рудообразования в мезозое и кайнозое Внутренней и Восточной Азии». Исследования проводились также в рамках инициативных проектов, поддержанных РФФИ (гранты 98-05-64415; 01-05-64085; 01-05-97211), в которых автор являлся руководителем.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались автором на 13 региональных, 12 всесоюзных и 8 международных конференциях, совещаниях и симпозиумах. В их числе: 4-е Всесоюзное совещание по изучению берегов сибирских водохранилищ (Якутск, 1976); V совещание по изучению берегов сибирских водохранилищ (Иркутск, 1980); «Круговорот вещества и энергии в водоемах» (Иркутск, 1982); «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995); «Закономерности эволюции земной коры» (Санкт-Петербург, 1996); «Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез» (Улан-Удэ, 1999); «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия» (Томск, 2000); «Сергеевские чтения» (Москва, 2000, 2002); Enviromis-2002: «Измерения, моделирование и информационные системы как средства снижения загрязнений на городском и региональном уровнях» (Томск, 2002); «Терригенные осадочные последовательности Урала и сопредельных территорий: седименто- и литогенез, минерагения» (Екатеринбург, 2002); «Теоретические и прикладные проблемы современной лимнологии» (Минск, 2003); «Закономерности строения и эволюции геосфер» (Хабаровск, 2003); «Фундаментальные проблемы гидрогеохимии» (Томск, 2004); «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005); «Осадочные процессы: седиментогенез, литогенез, рудогенез» (Москва, 2006); 7-е Уральское литологическое совещание (Екатеринбург, 2006); «Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды» (Иркутск, 2007); «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли» (Екатеринбург, 2008); Проблемы экологической геохимии в XXI веке» (Минск, 2008).

Публикации. По теме данного исследования автором опубликовано 74 работы, в том числе 24 статьи – в журналах из списка ВАК, 2 монографии в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения. Общий объем 319 страниц, в состав которого входят 66 рисунков, 99 таблиц. Список литературы включает 364 наименования.

Благодарности. За творческую поддержку автор благодарен научному консультанту член-корреспонденту РАН, профессору Е.В. Склярову, академикам РАН А.П. Лисицыну, Г.Г. Матишову, Ф.А. Летникову. На разных этапах исследований автор пользовался консультациями своих коллег С.А. Кашика, Б.П. Агафонова, А.И. Мельникова, Т.М. Сковитиной, И.Г. Бараша, И.Б. Шенькман. Всем им моя искренняя благодарность и признательность.


^ ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:


Первое положение: Интенсивность питания водохранилищ Ангарского каскада абразионным материалом значительно превосходит питание материалом речного происхождения, что обусловлено комплексом особых геологических и физико-географических условий региона.

Формирование донных отложений водохранилищ Ангарского каскада происходит в особых физико-географических условиях и под влиянием иных факторов, чем были в естественных условиях, характерных для реки Ангары. Новые условия сочетают в себе как унаследованные от речных, так и приобретенные после создания водохранилищ. Основными факторами, определяющими процессы осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада, являются геологическое строение и литологический состав и свойства пород берегов водохранилищ, геоморфологические особенности прилегающей местности и затопленного рельефа, гидрологические факторы, включающие ветровое волнение, уровенный режим и проточность водохранилищ.

Бассейн водохранилищ расположен в южной части Средне-Сибирского плоскогорья, включает также значительную часть северных склонов Восточного Саяна Долина реки Ангары, являющаяся ложем водохранилищ, имеет трапециевидную форму с асимметричными склонами, из которых левый крутой, а правый более пологий.

По морфологическому типу рельефа прилегающей местности Иркутское водохранилище относится к горным, Братское и Усть-Илимское водохранилища – к предгорным, а по морфологическому типу затопленного рельефа Иркутское водохранилище является озерно-речным, Братское и Усть-Илимское водохранилища – долинные. Общая площадь, попавшая в зону затопления, составила 7500 км2, протяженность с юга на север – около 1,4 тыс. км, в водохранилищах заключено235 км3 воды (табл. 1). Обеспечивая регулирование водного стока путем накопления воды, созданные на реке Ангаре водохранилища задерживают одновременно и поступающий осадочный материал, основными источниками которого являются абразионные берега водохранилищ и речные наносы. Ежегодное поступление осадочного материала в водохранилища каскада составляет более 227 млн.т.


Таблица 1. Гидроморфологические показатели водохранилищ [Широков, 1974]


Водохранилище

Длина, км

Наибольшая

Объем, км3 при

Полезный объем, км3

Площадь, км2 при

ширина км

глубинам

НПУ

УМО

НПУ

УМО

Иркутское

55

3,5

35

2.1

1.53

0.45

154

127.8

Братское

570

33

155

169.4

121.0

48.4

5470

4178

Усть-Илимское

601

10

90

62.7

56.6

2.8

1873

1700


Река Ангара, вытекая из озера Байкал, определяет одну из особенностей питания осадочным материалом головного в каскаде – Иркутского водохранилища, а именно незначительное поступление взвешенных наносов из озера Байкал, которое составляет в средний по водности год примерно 70 тыс. т. Особенности геологического строения и литологического состава пород водосборного бассейна озера Байкал, рассеяние осадочного материала и его осаждение в озере обусловливают тонкозернистость взвешенного материала, поступающего из озера в водохранилище.

Резкая континентальность климата с низкими среднегодовыми температурами приводит к длительному нахождению рек подо льдом. Главным же источником питания рек бассейна Ангары являются дождевые осадки, приходящиеся на летний период, что вызывает в это время значительный водный сток. Интенсивность поступления осадочного материала в составе речного стока притоков Ангары определяется процессами эрозии и денудации в бассейне рек, те, в свою очередь, связаны с количеством дождевых осадков, уклоном поверхности, геологическим строением и литологическим составом пород бассейна, характером почвенно-растительного покрова.

В верховьях рек, большинство из которых находятся в Восточном Саяне, несмотря на повышенные уклоны склонов и русел рек, а также значительный водный сток в теплое время года, устойчивость пород и наличие многолетней мерзлоты не способствуют развитию эрозионных процессов. В среднем течении рек водная эрозия увеличивается из-за мощного слоя аллювиальных отложений в долинах рек. В северной части бассейна из-за высокой лесистости территории и устойчивости подстилающих пород проявление эрозии незначительно [Ресурсы..., 1972].

В составе речного стока осадочный материал поступает в водохранилища Ангарского каскада главным образом в форме взвесей и растворов, влекомые наносы остаются в руслах и долинах рек. Среднегодовая сумма осадочного материала, приносимого в водохранилища как с водами притоков, так и из вышерасположенного водоема, составляет лишь малую часть от суммарного поступления осадочного материала (примерно 1,5%), что немногим более 3,5 млн. т/год. Боковой приток в Иркутское водохранилище отсутствует. Все притоки поставляют материал в Братское и Усть-Илимское водохранилище.

Основным источником питания водохранилищ Ангарского каскада осадкообразующим материалом являются абразионные берега водохранилищ. На Иркутском водохранилище абразионные процессы в береговой зоне не имеют широкого развития. В Братском и Усть-Илимском водохранилищах абразионные процессы приводят к поступлению значительных объемов осадочного материала [Карнаухова, 2004]. Из общей величины поступления 98,5% представлено продуктами размыва пород береговой части водохранилищ.

Формирование берегов водохранилищ происходит в породах докембрия, палеозоя, мезозоя и кайнозоя (рис. 1).


Условные

обозначения: Отложения:

^ 1 – четвертичные;

2 – палеоген-неогеновые;

3 – юры;

4 – триаса;

5 – перми;

6 – карбона;

7 – девона;

8 – силура;

9 – ордовика;

10 – кембрия;

11 – венда;

12 – рифея.

Породы:

13 – нижнего протерозоя;

14 – архея. Образования:

15 – мезозойские интрузивные;

16-18 – палеозойские интрузивные;

19 – рифейские интрузивные;

20-21 – нижне-протерозойские интрузивные;

22 – архейские интрузивные




Рис. 1. Карта геологического строения юга Сибирской платформы [Атлас. Иркутская.., 2004] в масштабе 1:7 500 000

Интенсивность поступления осадочного материала в результате абразионных процессов находится в прямой зависимости от гидродинамических условий (волновой и уровенный режимы), геоморфологических и инженерно-геологических условий береговой зоны, состава и прочности размываемых пород.

По устойчивости к размыву эти породы делятся на 6 групп: 1) песчаные, размыв которых определяется в основном энергией волн и течений; 2) лессовые, размыв которых обусловлен потерей их прочности при размокании; 3) различные глинистые, песчаниковые, слабо карбонатные и другие, размыв которых зависит в основном от степени выветренности; 4) гипсы, соли и другие легкорастворимые породы, размыв которых зависит от интенсивности выщелачивания; 5) мерзлые песчаные и глинистые породы, интенсивность размыва которых обусловлена степенью теплового воздействия; 6) скальные породы, которые можно считать практически неразмываемыми [Золотарев, 1955].

В береговой зоне водохранилищ Ангарского каскада наиболее размываемы сильно выветрелые и слабо противостоящие морозному воздействию различные глинистые, песчаниковые, слабо карбонатные разности, либо лессовидные. Песчано-глинистые породы кембрия обладают невысокой механической прочностью даже в невыветрелом состоянии. Протяженность размываемых берегов на водохранилищах Ангарского каскада составляет более 2 тыс. км, из которых больше половины составляют абразионные берега Братского водохранилища (табл. 2).




оставить комментарий
страница1/3
Дата12.10.2011
Размер0.71 Mb.
ТипАвтореферат диссертации, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх